Introduc)on to System Engineering The SysML language Toward … · 2016-12-10 · AP-233, INCOSE,...

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Plan

Introduc)ontoSystemEngineering

TheSysMLlanguage

TowardandintegratedMBSE

Conclusion

Acasestudy

2NicolasBelloir 11décembre2016

SystemEngineering

  NotSo5wareEngineering…

  …BeforeSo5wareEngineering!

  Ford1911

  AT&T1940

  USARMY1962

3NicolasBelloir 11décembre2016

SystemEngineering

  NotSo5wareEngineering…

  …BeforeSo5wareEngineering!

  Inthedevelopmentprocess

So5.Eng.Oneofthesub-systems

4NicolasBelloir 11décembre2016

AComplexSystem

  Setofhumanandmaterialelementscomposedofvarioustechnologies  Computer,Hydraulic,Electronic,…

  Integratedtoprovideservicestoitsenvironmentcorrespondingtothesystemfinality

  Interac)ngbetweenthemselvesandtheenvironment

AcomplexsystemisverydifferentfromasimplesoBwaresystem

Aerodynamics

Authorities

Avionics

Safety Regulations

Airlines

Propulsion System

Mechanical Structure

Environmental Impact

Navigation Communications

Human-Machine

Interaction

5

Multipleconcerns,

stakeholders, tools and methods

©B.Combemale

6

Aerodynamics

Authorities

Avionics

Safety Regulations

Airlines

Propulsion System

Mechanical Structure

Environmental Impact

Navigation Communications

Human-Machine

Interaction

Heterogeneous Modeling

©B.Combemale

7NicolasBelloir 11décembre2016

SystemModeling

7

Requirements Functional and/or Behavioural Model

Ground Take Off

Landing Flying

Structural Model

Engine Flying Command

Brakes Flaps

Performance Model

Data Acquisition

Equations

Reactions

Other Engineering Analysis Models

Cost Model

Security Model

Business Model

? OK

8NicolasBelloir 11décembre2016

SystemsofSystems

  Asystem  ShouldmanageinteracZonsbetweenparts

  Supportexpectedbehavior  Handleunexpectedones

9NicolasBelloir 11décembre2016

SEpracZcesformodelingsystems

  SpecificaZons  RequirementDefiniZon  SystemDesign

  Analysis  TestPlans

After

Before*

Moving from Document centric To Model centric

Generatelotofwri)ngwork

Notadaptedtodiscusswithinamul)-domainteam

• 2001, Human Centrifuge, DO 178 B

•  Total documenation : 1.2 m hight

EasytoreadAdapted to numerous team

“neutral” language Only one source

10NicolasBelloir 11décembre2016

DoesUMLgoodenoughformodelingsystems?

  UMLagoodbasis  DefactostandardinSo5wareEngineering  Providesalotofusefulconceptstodescribeacomplexsystem  Stableandextensible-canbeadaptedfortheSEneeds  Lotofavailabletools

  But…  LackofseveralkeyconceptsofSE  UMLvocabularyistoo«so5ware-like»tobeusedbySystemEngineers

  Toomanydiagrams(13differentkinds)

 =>SysML

Plan

Introduc)ontoSystemEngineering

TheSysMLlanguage

TowardandintegratedMBSE

Conclusion

Acasestudy

12NicolasBelloir 11décembre2016

SysML:idenZtycard

  Dateofbirth:2001!

  Currentversion:1.4(September2015)

  Parents  OMG/UML+INCOSE

  Leadingauthors  ConradBock  CrisKobryn  SanfordFriedenthal

13NicolasBelloir 11décembre2016

SysML/UML

  RelaZonshipbetweenthetwo

14NicolasBelloir 11décembre2016

SysML:who’sbehind

  Industry  AmericanSystems,BAESystems,Boeing,Deere&Company,EADSAstrium,Eurostep,IsraelAircra5Industries,LockheedMarZn,Motorola,NIST,NorthropGrumman,oose.de,Raytheon,Thales,…

  Toolvendors  ArZsan,EmbeddedPlus,Gentleware,IBM,MentorGraphics,PivotPointTechnology,SparxSystems,vitech,…

  OtherorganisaZons  AP-233,INCOSE,GeorgiaInsZtuteofTechnology,AFIS,…

15NicolasBelloir 11décembre2016

UML:13diagrams(in2001)

16NicolasBelloir 11décembre2016

SysML:13-7+2=9diagrams

16

Block Definition Diagram

Internal Block Diagram

Parametric Diagram

Requirement Diagram

17NicolasBelloir 11décembre2016

SysMLdiagrams

17 Master Technologies de l'Internet - 2ième année 17

Same as UML

Modified from UML

New

18NicolasBelloir 11décembre2016

SysMLdiagramframes

  EachSysMLdiag.representsamodelelement

  EachSysMLdiag.musthaveaDiagramFrame  Diagramcontextisindicatedintheheader:  Diagramkind(req,act,bdd,ibd,sd,etc.)

  Modelelementtype(package,block,acZvity,etc.)

  Modelelementname  Userdefineddiagramnameorviewname

  AseparatediagramdescripZonblockisusedtoindicateifthediagramiscomplete,orhaselementselided

19NicolasBelloir 11décembre2016

SysMLdiagramframes(e.g.)

header

content

diag. type diag. name

20NicolasBelloir 11décembre2016

SysMLstructurediagrams

  Package  BlockDefini)on  InternalBlock  Parametric

21NicolasBelloir 11décembre2016

BlockDefiniZonDiagrams(bdd)

  Classesaredead…welcometoblocks!  Canbeanything(System,Hardware,So5ware,Data,Procedure,Facility,Person)

  SaZsfySystemsEngineers

22NicolasBelloir 11décembre2016

BlockDefiniZonDiagrams(bdd)

  Compartments  ProperZes  OperaZons  Constraints  AllocaZons  Requirements

  Userdefined!

  BlocksDefiniZonDiagrams  DescriberelaZonsbetweenblocks(composiZons,generalizaZons…)

  InternalBlockDiagrams  Describeinternalablockstructurewithparts,portsetconnecteurs

BlockDefiniZonvs.Usage

24NicolasBelloir 11décembre2016

SysMLPorts(cont.)

25NicolasBelloir 11décembre2016

SysMLPorts(delegaZon)

  topreserveencapsulaZonofblock

  interacZonsatouterportsaredelegatedtoportsofchildparts

  portsmustmatch  samekind,type,direcZon,etc.

  connectorscancrossboundarywithoutrequiringportsateachlevelofnestedhierarchy

26NicolasBelloir 11décembre2016

SysMLPorts(e.g.)

27NicolasBelloir 11décembre2016

SysMLPorts(e.g.)

28NicolasBelloir 11décembre2016

ParametricDiagrams(par)

  ToexpressconstraintsbetweenvalueproperZes  equaZons  supportforengineeringanalysis(e.g.,performance)  idenZficaZonofcriZcalperformanceproperZes

  ConstraintblockcapturesequaZons  Expressionlanguagecanbeformal(e.g.,MathML,OCL)

  ComputaZonalengineisnotprovidedbySysML

  Parametricdiagram  usageoftheconstraintsinananalysiscontext

29NicolasBelloir 11décembre2016

Parametrics(e.g.1)

30NicolasBelloir 11décembre2016

Parametrics(e.g.2)

31NicolasBelloir 11décembre2016

SysMLbehavioraldiagrams

  UseCase  Sequence  StateMachine

  Ac)vity

32NicolasBelloir 11décembre2016

StateMachineDiagrams(stm)

  FewmodificaZons

33NicolasBelloir 11décembre2016

AcZvityDiagrams(act)

  Tospecify  controlledsequenceofacZons  theflowofinputs/outputs  control,includingsequenceandcondiZonsforcoordinateacZviZes

  Swimlanes  toshowresponsibilityoftheacZvity

34NicolasBelloir 11décembre2016

AcZvityDiagrams(cont.)

  ImprovementsfromUML:

  conZnuousordiscreteflow

  controloperators  tostart/stopotheracZons

 OverwriteandNoBufferports  forconZnuousflows

 probabiliZesontransiZonsorparameters

35NicolasBelloir 11décembre2016

AcZvityDiagrams(e.g.)

36NicolasBelloir 11décembre2016

AcZvityDiagrams(e.g.)

37NicolasBelloir 11décembre2016

SysMLcross-cuongconstructs

  AllocaZon

  RequirementDiagrams

38NicolasBelloir 11décembre2016

AllocaZon

  Generalrela)onshipbetweentwoelementsofthemodel

  DifferentkindsofallocaZon:  FuncZonality-component

  Logicalcomponent–physicalcomponent

  So#ware–hardware  …

  Usableinalotofdifferentdiagrams

  UsableundergraphicalortabularrepresentaZon

39NicolasBelloir 11décembre2016

AllocaZon(e.g.)

  Useofswimlanes

40NicolasBelloir 11décembre2016

NotaZonsamples

41NicolasBelloir 11décembre2016

AllocaZonfromso5waretohardware

42NicolasBelloir 11décembre2016

AllocaZonexplicitedecomportements

•  UZlisaZondesswimlanes(parZZons)

43NicolasBelloir 11décembre2016

RequirementDiagrams(req)

  <<requirement>>allowstorepresentatextbasedrequirement  IncludesoneidenZfieridandsometextualproperZes  CanadduserdefinedproperZes  Canadduserdefinedrequirementcategories

  Requirementscanbe  decomposed  specialized

  RequirementrelaZonships  «deriveRqt»,«refine»  «saZsfy»,«verify»  «trace»,«copy»

44NicolasBelloir 11décembre2016

RequirementDiagrams(e.g.)

45NicolasBelloir 11décembre2016

RaZonalandProblems

46NicolasBelloir 11décembre2016

RequirementsTables

47NicolasBelloir 11décembre2016

ThefourpillarsofSysML

48NicolasBelloir 11décembre201648

Links

Plan

Introduc)ontoSystemEngineering

TheSysMLlanguage

TowardandintegratedMBSE

Conclusion

Acasestudy

©LauraE.Hart,IntroducZonToModel-BasedSystemEngineering(MBSE)andSysML,INCOSEChapterMeeZng,July302015

50NicolasBelloir 11décembre2016

IntroducZon

  SysMLnotaZonandtoolsarenotenough

Documentation Tools

Requirements Tools

Analysis Tools

Collaborative Tools

SysML DOORS, Goal, … Doc2Gen, asciidoc, LaTeX, …

MatLab, Simulink, … Redmine, ModelBus, SVN, Git

Rhapsody, Topcased, …

51NicolasBelloir 11décembre2016

Model-basedSystemsEngineering

“Model-basedsystemsengineering(MBSE)istheformalizedapplicaZonofmodelingtosupportsystemrequirements,design,analysis,verificaZonandvalidaZonacZviZesbeginningintheconceptualdesignphaseandconZnuingthroughoutdevelopmentandlaterlifecyclephases.”

INCOSESEVision2020(INCOSE-TP-2004-004-02,Sep2007)

52NicolasBelloir 11décembre2016

TowardMBSE

  Model-BasedSystemEngineering  Ongoingandstressedwork  SupportedbyINCOSE  SystemEngineering2025,INCOSE,hKp://www.incose.org/docs/default-source/aboutse/se-vision-2025.pdf

©SystemEngineeringVision2025,INCOSE

53NicolasBelloir 11décembre2016

TrendsofEmergingSystemProper)es

©SystemEngineeringVision2025,INCOSE

54NicolasBelloir 11décembre2016

Needsof

  CollaboraZveengineering  FullysupportedMul)-desciplinaryengineering

  ArchitecZngComplexSystem  ArchitecZngwillincorporatedesignapproachesforsystemstoperformtheirintendedfuncZoninthefaceofchangingcircumstancesorinvalidassumpZons

  Systemarchitecture,designandanalysisisintegratedacrossdisciplines,domainsandlifecyclephasestoprovideasingle,consistent,unambiguous,systemrepresenta)on

55NicolasBelloir 11décembre2016

Needsof

  SystemDesignInaSystemofSystemsContext  Techniquesforanalyzinginterac)onsamongindependentsystemsandunderstandingemergentbehaviorsinSoSmustbecomemature

  Requirementsmanagementwillevolvetoaddressmorediversestakeholders

  CyberSecurity  Cybersecuritymustbecomeafundamentalsystemavributethatsystemsengineersunderstandandincorporateintodesignsusingwell-idenZfiedstrategies

  requiresunderstandingtheboundaryofthesystemandanalyzingwhatporZonsofthatboundaryneedtobeprotected

56NicolasBelloir 11décembre2016

Needsof

  SimulaZonandvisualizaZon  Modeling,simula)on,andvisualizaZonenablecomplexsystemunderstandingthathelpusanZcipateandverifysolu)onsandtheircostbeforebuildingthem.

  IntegratedModel-basedApproaches  Model-basedSystemsEngineeringwillbecomethe“norm”forsystemsengineeringexecuZon,withspecificfocusplacedonintegratedmodelingenvironments.

  Tools   SystemsengineeringtoolswillfacilitatesystemsengineeringpracZcesaspartofafullyintegratedengineeringenvironment

57NicolasBelloir 11décembre2016

SysMLisaSpecificaZon

©LauraE.Hart,IntroducZonToModel-BasedSystemEngineering(MBSE)andSysML,INCOSEChapterMeeZng,July302015

58NicolasBelloir 11décembre2016

BeforeSysMLanalysis

©M.Ahamd,N.BelloiretJMBruel.«ModelingandverificaTonofFuncTonalandNon-FuncTonalRequirementsofambientSelf-AdapTveSystems».JournalofSystemsandSo[ware,Elsevier,volume107,pages50-70,sept2015.

59NicolasBelloir 11décembre2016

SysMLisaSpecificaZon

©LauraE.Hart,IntroducZonToModel-BasedSystemEngineering(MBSE)andSysML,INCOSEChapterMeeZng,July302015

60NicolasBelloir 11décembre2016

SimulaZonwithArZsan

© Pascal Roques, « Modélisation de systèmes complexes avec SysML », Eyrolles

61NicolasBelloir 11décembre2016

SysML2ModelicatransformaZon

An equation-based object-oriented language for modeling and simulation of physical systems

© Paredis and Al., « An Overview of the SysML-Modelica Transformation Specification », INCOSE, 2010

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Introduc)ontoSystemEngineering

TheSysMLlanguage

TowardandintegratedMBSE

Conclusion

Acasestudy

63NicolasBelloir 11décembre2016

Conclusions

  SysMLis:  aspecificlanguageforcomplexsystems

  stronglyUML-Based  focusingonspecificaZonandfirstlevelanalysis

  SysMLisnot:  amethod

  justaUMLprofile

  sufficientinitself

64NicolasBelloir 11décembre2016

Conclusions

  SysMLmightbecome

  IntegratedwithinacompletemulZ-domainengineeringtoolchain

  Atargetforrequirementsanalysisresults

  IncorporaZngnonfuncZonaltopicslikecyber-securityconcerns

  AcentralspecificaZonmodelintoamoregeneralSystemEngineeringapproach

 Model-baseddriven

FIN

Contact:nicolas.belloir@irisa.fr

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Conclusion

Acasestudy © Pascal Roques, « Modélisation de systèmes complexes avec SysML », Eyrolles

67NicolasBelloir 11décembre2016

Casestudies:theAlarmClock

  AllfollowingdiagramswereextractedfromthePascalRoques‘sBook

RadioClockexample(cont.)

68

©PascalRoques,«ModélisaZondesystèmescomplexesavecSysML»,Eyrolles

69NicolasBelloir 11décembre2016

Requirements

© Pascal Roques, « Modélisation de systèmes complexes avec SysML », Eyrolles

70NicolasBelloir 11décembre2016

Requirements

© Pascal Roques, « Modélisation de systèmes complexes avec SysML », Eyrolles

71NicolasBelloir 11décembre2016

Requirements

© Pascal Roques, « Modélisation de systèmes complexes avec SysML », Eyrolles

72NicolasBelloir 11décembre2016

Diagrammedecontexte

© Pascal Roques, « Modélisation de systèmes complexes avec SysML », Eyrolles

73NicolasBelloir 11décembre2016

Casd’uZlisaZon

PascalRoques,«ModélisaZondesystèmescomplexesavecSysML»,Eyrolles

74NicolasBelloir 11décembre2016

RadioClockexample(cont.)

PascalRoques,«ModélisaZondesystèmescomplexesavecSysML»,Eyrolles

RadioClockexample(cont.)

PascalRoques,«ModélisaZondesystèmescomplexesavecSysML»,Eyrolles

76NicolasBelloir 11décembre2016

Contraintes

76

© Pascal Roques, « Modélisation de systèmes complexes avec SysML », Eyrolles

77NicolasBelloir 11décembre2016

AllocaZons

© Pascal Roques, « Modélisation de systèmes complexes avec SysML », Eyrolles

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